长春铝单板厂家电话（crispr cas9基因编辑技术）crispr基因组编辑技术，

自2010年代初首次在细菌和古细菌中被发现是先天病毒免疫的一种机制以来，聚集规律间隔短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats，CRISPR)/CRISPR相关蛋白(Cas)已迅速发展成为一种强大的多功能基因组编辑工具，具有多种用途。

在发现最初的CRISPR/ cas系统之后，该技术已经发展到促进多种不同的功能除了各类编辑功能，它的应用已被证明在许多生物领域具有革命性，特别是在生物医学和农业改良方面作为一种诊断工具，CRISPR已被开发用于帮助检测和筛选人类和植物疾病，甚至在COVID-19大流行期间也得到了应用。

CRISPR/Cas也正在作为一种新的基因疗法进行试验，用于治疗包括癌症在内的各种人类疾病，并有助于药物开发

30年前的西班牙阿利坎特大学，一位读博中的年轻人Francisco Mojica正在研究来自当地海滩的耐盐性古菌在一种古菌的DNA序列中，Mojica注意到一个难以解释的奇怪现象：一段长30个碱基的片段会以相同的间隔规律性地重复。

在那之后，经过十年的研究，Mojica终于揭开了这种重复序列的功能：作为古菌与细菌的“免疫系统”，这些序列能记住噬菌体的遗传特征，从而抵抗后者的感染这些序列有一个我们无比熟悉的名字：CRISPRMojica的这一发现并没有立即得到认可，他的成果被多家学术期刊拒稿，最终发表在一本影响力不高的期刊。

Journal of Molecular Evolution上但很快，科学界意识到了CRISPR的重要潜力，后面就是我们熟知的故事了2012年，Emmanuelle Charpentier教授和Jennifer Doudna教授发表了CRISPR-Cas9基因编辑系统，利用Cas9核酸内切酶实现了特定位点对DNA的精准切割；不到一年后，张锋教授团队首次将CRISPR-Cas9基因编辑系统改进并应用于哺乳动物和人类细胞。

今天，CRISPR已经成为改写生物学研究与疾病治疗的革命性工具不过，科学家们并不满足于此，他们仍在挖掘CRISPR系统的更多潜力在最新一期《科学》杂志上，MIT、Broad研究所的张锋教授团队就与美国国立卫生研究院的Eugene Koonin教授合作，借助其开发的全新算法，。

从数十亿个蛋白质序列中发现了188个此前未知的新型CRISPR相关系统，并且可能将CRISPR系统的类型拓展至7大类。这一发现进一步证实CRISPR系统的多样性，并且有望带来新型基因编辑工具。

近些年来，通过对蛋白质序列数据库的计算检索，CRISPR工具箱在近年间已经得到了大幅扩展到目前为止，科学家们已经鉴定出了6类CRISPR系统，依次命名为I-VI其中，基因编辑中最常用的CRISPR-Cas9系统就属于II型。

我们知道，CRISPR系统包含两个重要组成部分：识别并结合噬菌体DNA或RNA的向导RNA，以及在向导RNA指示的位点切割或干扰遗传物质的酶这些不同类型的CRISPR系统使用不同的酶，其识别、结合与切割遗传物质的方式也各不相同。

但这还不是CRISPR系统的全部，一些未知的新系统很可能藏在自然界某些罕见的细菌或古菌中新型CRISPR系统的发现有望推动生物技术的进一步发展，并且帮助开发更加安全有效的基因疗法然而，要挖掘包含数十亿蛋白质、以指数增长的数据集，传统的算法显得力不从心。

为了在自然界找到更加多样的CRISPR系统，在最新研究中，研究团队开发了一款名为FLSHclust（意为flash clust）的全新算法。

▲FLSHclust算法示意图（图片来源：参考资料[1]）FLSHclust是一种基于序列相似性，利用大数据对蛋白质进行聚类的算法FLSHclust可以对公开数据库中的基因序列进行分析，这些数据包含了收集自南极湖泊、狗的唾液、啤酒厂等广泛来源的细菌与古菌。

最终的数据库包括80亿个蛋白和1020万个CRISPR阵列通过寻找相似但不完全相同的序列，研究将其分为约5亿个簇，从宏基因组数据库中寻找CRISPR相关基因相比于已有的工具方法，FLSHclust可以快速高效地分析海量的蛋白质序列数据库，在数周内探索数十亿的蛋白质和DNA序列，而同样的工作在此前需要几个月时间才能完成。

利用FLSHclust，研究团队从数十亿个蛋白质序列中发现了大约13万个与CRISPR相关的基因，其中188个属于此前未知的新型CRISPR相关系统。

▲CRISPR-Cas9系统（图片来源：药明康德内容团队）在188个新型CRISPR相关系统中，研究团队对其中4种进行了进一步的详细介绍他们发现，这些CRISPR系统可以通过各种策略来攻击噬菌体，包括解开DNA双螺旋，以及通过允许基因插入或删除的方式切割DNA。

具体而言，在4个得到详细研究的CRISPR系统中，首先是两个I型CRISPR系统的新变体这两个I型系统包含了插入Cas蛋白不同亚基（Cas8和Cas5）的HNH核酸酶结构域，因此分别被命名为Cas8-HNH。

和Cas5-HNH研究显示，这两个系统均能进行精准的DNA双链与单链剪切它们使用的是32个碱基对的向导RNA，相比于常用的Cas9系统的20个核苷酸向导要更长，因此有潜力用于开发更精准、不易脱靶的基因编辑系统。

研究还证实这两个系统都可以应用于人类细胞的基因组编辑，其中Cas8-HNH还具有高度特异性这些I型CRISPR系统的另一个优势是，由于大小与CRISPR-Cas9相似，因此或许可以利用已有的递送技术，将其递送至动物或人类细胞中。

▲研究发现了多个此前未知的CRISPR-Cas系统（图片来源：参考资料[1]）另一个新发现的CRISPR系统是IV型的DinG-HNH在这个系统中，HNH核酸酶结构域插入了CRISPR相关的DNA损伤诱导基因G（DinG）样解旋酶。

研究团队发现，该系统表现出RNA引导的PAM依赖性双链DNA降解，这需要DinG-HNH蛋白的三磷酸腺苷水解以及HNH核酸酶功能以上3个全新CRISPR系统的发现表明，通过对Cas蛋白组成与子域的模块化替换，CRISPR系统能够实现演化。

除此之外，研究还发现了一个不同于已知CRISPR类型的候选VII型系统，包括一个小型的Cas7-Cas5效应系统，以及一个包含b-CASP结构域的独特干扰蛋白该系统可以精确靶向RNA，从而用于RNA编辑。

作者表示，寻找全新类型的CRISPR系统愈加困难，VII型以及其他尚未被确定的类型，在自然界都是极其罕见的从新发现的CRISPR系统中，我们看到了用于哺乳动物细胞编辑，以及用于诊断、记录细胞内活性的潜力。

这项研究展示了CRISPR前所未有的多样性与灵活性，随着数据库的增长，还可能有更多罕见的系统有待发现封面图来源：张锋教授实验室主页参考资料：[1] Altae-Tran, H. et al. Uncovering the functional diversity of rare CRISPR-Cas systems with deep terascale clustering. 。

Science (2023). DOI: 10.1126/science.adi1910[2] Search algorithm reveals nearly 200 new kinds of CRISPR systems. Retrieved Nov. 24, 2023 from https://mcgovern.mit.edu/2023/11/23/search-algorithm-reveals-nearly-200-new-kinds-of-crispr-systems/

[3] ‘Treasure trove’ of new CRISPR systems holds promise for genome editing. Retrieved Nov. 24, 2023 from https://www.nature.com/articles/d41586-023-03697-w